某运营地铁结构病害检测与治理

刘 聪，贺跃光，刘 响

（长沙理工大学 交通运输工程学院，湖南 长沙410114）

我国各地区复杂多样的气候、水文和地质条件，导致运营地铁隧道病害的种类多样，病因复杂。运营地铁的隧道结构主要会发生以下几类病害:渗漏水、结构性病害、混凝土病害和基底病害。对病害隧道进行全面检测，找出可能隐患，采取有针对性的治理措施。同时对较严重的渗漏水病害，还应进行综合检查和治理，确保隧道安全。

1 隧道结构的病害检测

1.1 病害检测方法

地铁结构的检测对象主要包括隧道混凝土结构自身强度、密实性等方面。主要检测内容:隧道结构厚度；隧道围护结构背后回填密实度，有无空隙、空洞病害等；混凝土强度；隧道相关调查，包括渗漏水病害调查、围护结构残损调查等。由于检测工作在已运营地铁中进行，需加强对既有设施设备的保护，所有检测手段均采用无损检测，不对隧道现有结构造成任何破坏。隧道结构病害检测主要使用电磁法、回弹法，并结合现场调查。

1.1.1 电磁感应检测

采用电磁对隧道围护结构厚度及背后的密实程度进行检测。在混凝土表面向结构内部发射电磁波，形成电磁场，混泥土内部钢筋切割磁感线发生电磁感应现象。由于感应电磁场强度与空间梯度变化及钢筋位置、直径、保护层厚度有关。检测数据由电缆传给服务器，再由计算机软件生成剖面图。服务器根据记录的测量来感应电磁场梯度变化，通过分析处理确定钢筋位置与混凝土保护层厚度；同时根据电流形态、强弱及变化等多种因素判定目标体性质。

根据规范布设测量线路。2号线南线（上行线）每断面设置5条检查线，顶板两条、南北侧墙各一条、底板沿两轨道各一条；北线（下行线）每断面设置4条线，顶板、南北侧墙、底板各一条。

检测过程中需采用连续监测方式。数据处理采用配套的电磁感应处理软件，形成报告结果。

1.1.2 回弹仪检测

采用混凝土回弹仪进行隧道结构强度检测。根据规范的相关规定:当测点数多于10时，混凝土抗压强度；当测点数少于10时，混凝土抗压强度（为混凝土抗压强度最小值）。

根据规范要求，选取8个断面隧道内壁进行抽取检测。

1.1.3 现场检测

现场检测主要针对隧道结构裂缝和隧道防水排水系统。对隧道的结构裂缝采取目测与裂缝测宽仪相结合的方式，对全线隧道进行量测与照相记录。测量裂缝的长度和间距，用油漆进行标记，以便后期的病害整治。在隧道内人工检查隧道防水和排水系统状况，针对其结构破损、沟管开裂漏水、排水沟与积水井有无淤积堵塞等进行检测。

图1 地铁隧道部分裂缝及渗水情况

1.2 病害检测结果

对地铁二号线DK19＋933～DK20＋082区间段进行全方位病害检测，部分裂缝及渗水情况如图1所示。沿地铁南北线进行回弹仪测定，除个别点外，测区所有构件混凝土抗压强度值均大于原强度设计值，满足设计强度30MPa的要求。采用雷达检测法实测钢筋保护层厚度，多数测区实测钢筋保护层偏薄，主筋钢筋平均间距为121.2～156.3mm，箍筋的平均间距为92.0～150.1mm。检测结果如表1所示。

表1 病害检测结果

2 病害治理

2.1 渗漏整治

渗漏水治理方法有很多种，主要有灌浆法、填充法、表面处理法、排水法等。对不同的裂缝宽度与深度、不同的渗漏水规模需采取不同的治理方法，根据前期的裂缝检测情况采取相应渗漏水病害治理措施。

2.1.1 灌浆法

灌浆法是指在渗水部位或裂缝部位采取特殊手段，将粘性或防水性材料压注到裂缝部位，恢复裂缝部位整体的稳定性和防水性。灌浆法适用于宽度≥0.3mm、深度较深的受力裂缝修补，当修补需要承受较重承载力和耐久性结构时，需选用合成树脂材料，因其具有强度高与强粘结力的特性。对于出现的宽裂缝可采用水泥浆，注浆材料选用普通硅酸盐水泥的纯水泥浆，沙子宜选河沙，细度模数为1.2～2.0，配合比为w／c＝0.5～0.8。延伸率大和抗渗性能好的材料可进行防水裂缝的修补，活动性裂缝则采用弹性材料外纤维布。

2.1.1.1 隧道结构壁后灌浆

由于围护结构外墙壁后的围岩疏松、空洞、集水造成裂损与渗漏水病害，可注入浆液对围岩进行加固与密实，堵塞裂缝、达到整治渗漏水的目的。在围护结构外墙壁每隔2～4m布设一个孔径为φ42cm注浆孔，注浆孔深度应穿透围护结构厚度，并深入到围岩内10～30cm。修补前先进行压水实验，确定渗透范围，布设合理注浆孔间距；然后使用防水型灌浆材料进行注浆施工，注浆时孔口压力控制在0.4～0.6MPa以下，压浆时应注意观察浆液串孔现象和裂缝发展情况，注意封堵和调整，如遇吃浆量过大情况，可暂停注浆，重新设孔、隔天再注，以避免浆液扩散过大造成浪费；若孔口吸浆量不大于0.6L／min且持续20min，注浆结束。

对结构壁后较大空洞，有条件时可先灌注不分散型砂浆或者混凝土，然后再补灌防水型灌浆料；如果结构整体状态欠佳，可考虑采用轻质型灌浆材料进行回填注浆，以减少负荷。

2.1.1.2 隧道结构内防水注浆

对出现涌水的隧道围护结构裂缝，如果其背面没有较大孔洞，可根据具体渗漏水状况进行加固、密实、堵塞裂缝，提高围护结构强度和防水能力；分阶段集水再由侧墙排水槽排出。注浆时每隔1～2 m布设注浆孔，如图2所示，注浆孔深度应严格等于或小于混凝土围护的结构厚度。修补前应先进行压水实验，然后使用具有超细微颗粒防水型灌浆材料进行注浆施工，注浆时孔口压力控制在0.4MPa以下；压浆时应注意观察浆液串孔现象和裂缝发展情况，注意封堵和调整，直至压满密实。

图2 注浆钻孔布置

2.1.2 填充法

沿裂缝将混凝土开凿成沟槽，然后嵌填各种修补材料，达到恢复结构的耐久性、整体性及防水性等性能。该方法一般用来修补宽度大于0.3mm的裂缝，操作简单、费用低廉。宽度小于0.3mm而深度较浅的裂缝，或是裂缝中有充填物，用灌浆法很难达到效果的裂缝，以及小规模裂缝的简易处理都可釆取开V型槽，然后作填充处理的方法。先凿除裂缝周围的腐蚀、松散混凝土，用堵漏剂填塞，以达到治水和修补的双重效果。对于一般漏水点，施工混凝土切割机在漏水点周围凿一个6cm宽、4cm深的V型坑，再用足量的速凝性堵水砂浆填满压实。对于压力型漏水点，除在漏水点处凿V型坑外，还需在其中间安置一根直径为8～12mm的软管用以排水，再用足量的速凝性堵水砂浆从边缘向坑中央封堵，并填满压实，最后扎紧排水软管，并用速凝性堵水砂浆堵住。

2.1.3 表面处理法

表面处理法是将合成树脂、无机胶凝等防水材料涂在裂缝表面，以恢复其防水性、耐久性的一种常用裂缝修补方法。该方法特别适用于水泥砂浆难以灌入的细小裂缝、深度未达到钢筋表面的发丝状裂缝、不漏水的裂缝、不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝或裂缝宽度≤0.2mm的细微裂缝修补。对有渗水等病害发生的可在修补后围护结构的背水面喷涂高效防水剂，密封表面用于防水、防潮、防裂。先对结构表面进行清理:用钢丝刷和高压水将结构表面的灰尘、油污、泛碱、浮浆、松动碎块等杂物清除干净，确保露出混凝土新面。混凝土表面要平整，若有凹凸不平或孔洞等蜂窝麻面，可用聚合物砂浆嵌填抹平，以保证防水材料均匀地覆盖。防水材料一般采用水泥砂浆、环氧胶泥或者环氧粘贴玻璃布。

2.1.4 排水法

对于渗漏水严重、甚至出现涌水现象的隧道顶板以及侧墙与顶板结合处，应先在出现涌水的侧墙上凿一个泄水孔，以减小涌水处水压，再用速凝型隔水砂浆进行封堵，若泄水孔不能有效减小水压，可采用在侧墙边设置盲沟，进行引导性排水。

2.2 结构性裂损整治

上部基坑超荷载会对隧道结构造成影响，从而产生结构性裂缝。隧道本身存在裂缝且长久未治理也会导致混凝土耐久性降低，从而影响结构强度。对于隧道中出现的这些结构性裂损与变形，可采取结构补强法（包括断面补强法、锚固补强法、预应力法等）进行补救。

可参照整治漏水方法对围护结构裂缝进行整治。但对已经出现腐蚀成洞、空鼓、剥皮、掉块的结构，可直接凿除其表面混凝土直至裸露新鲜层，使用钢丝刷或者砂纸同高压水枪进行除渣、打磨、清洗，最后再进行混凝土修补。修补处涂抹厚度小于2cm的修补水泥砂浆，初凝硬化后再涂抹下一层，如此反复直至与结构表面持平，如果孔洞较大且深，则需要补上钢筋网，加入级配骨料或高强混凝土进行拌合以提高强度。

2.3 混凝土病害整治

混凝土病害整治主要针对混凝土在地表浅层受外界环境侵蚀或是自身材料等因素引起病变的整治，包括涂层覆盖、混凝土除氯、混凝土钢筋锈蚀处理等整治技术。

1）涂层覆盖技术主要针对混凝土表层病害，并没有对混凝土结构整体造成破坏，所以对这类病害，可以直接对受损部位进行处理，一般可以对表层进行开凿清理，清洗受损部位，逐层进行修补，并且在表面涂层防护，以保证混凝土结构长久稳定性。

2）混凝土除氯技术，影响钢筋腐蚀的主要因素是氯化物，氯元素破坏钢筋表层的钝化膜，导致钢筋与外界空气直接接触发生反应产生锈蚀。由于混凝土中含大量的氯离子应采取措施，保护混凝土内部钢筋稳定性，常用方法有电化学除氯技术。

3）混凝土钢筋锈蚀，混凝土内部钢筋发生锈蚀，使得结构处于极不稳定状态，若不及时采取措施，将造成不可估量的后果。对这类病害，一般可对锈蚀部位混凝土开凿，使锈蚀部分的钢筋完全裸露，对于受损面积较小（≤5%）的钢筋，可先对其进行除锈，涂刷保护层，保证钢筋稳定性。同时检查混凝土中氯离子含量，对于氯离子超标的应及时采取除氯技术，降低混凝土中氯离子含量，必要时可直接凿除该部分混凝土，重新涂刷新混凝土层。受损面积较大，且对钢筋修补已经超出钢筋修补范围的，可在受损部位补足钢筋。

2.4 底板的稳定处理

作为无仰拱设计受力结构兼具传力结构的混凝土底板，如果不能保证其整体稳定，将导致许多病害发生，包括侧墙不稳定、翻浆冒泡、底板隆起等。对于岩质隧道底部，地下排水系统的好坏对底板会产生直接影响，容易导致底板损害。其中，翻浆冒泡是常见病害，对于这类病害可采取增设地下排水系统、加固底板的措施，目的是降低地下水位，避免底板被侵蚀。对已被破坏的底板，可根据不同情形采取注浆（见图3），或是直接置换的办法来处理。

图3 注浆工序流程

3 结 语

运营地铁隧道检测主要是针对不同类型的病害，获得其形状、发生位置、发展趋势等基本信息。适时检测和可靠分析，对于病害处理与病害预防具有重要意义。

对运营隧道病害的治理，如果单纯对病害进行局部修补与治理显然不够合理。一般情况下，对于发生病害的部位，应结合隧道病害的监测报告、地质情况分析病害产生原因，有针对性地采取治理措施。应对病害的发展趋势进行预测，同时对较严重的渗漏水病害，还应进行综合检查、综合治理，以确保隧道安全。

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